УРАЦИЛ: СТРУКТУРА, ФУНКЦИЈЕ, СВОЈСТВА, СИНТЕЗА - БИОЛОГИЈА - 2025

Урацил је тип пиримидин нуклеобазе, налазе у рибонуклеинске киселине (РНК). Ово је једна од карактеристика која разликује РНК од деоксирибонуклеинске киселине (ДНК), јер последња има тимин уместо урацила. Обе супстанце, урацил и тимин, разликују се само по томе што последњи има метилну групу.

Са еволуционог становишта, предложено је да РНА буде први молекул који је складиштио генетске информације и функционисао као катализатор у ћелијама, пре ДНК и ензима. Због тога се сматра да је урацил одиграо кључну улогу у еволуцији живота.

Извор: Кемикунген

У живим бићима урацил се не налази у слободном облику, али обично формира нуклеотиде монофосфат (УМП), дифосфат (УДП) и трифосфат (УТП). Ови нуклеотиди урацила имају различите функције, као што су биосинтеза РНА и гликогена, изомерна интерконверзија шећера и регулација глутамин синтазе.

Структура и својства

Урацил, назван 2,4-диокипиридине, има емпиријску формулу Ц ₄ Х ₄ Н ₂ О ₂ , чија молекулска тежина је 112.09 г / мол, и пречишћава облику белог праха.

Структура уридина је хетероциклички прстен са четири атома угљеника и два атома азота, са наизменичним двоструким везама. Планарно је.

Растворљиво је 50мг / мл, на 25 ° Ц, у 1М натријум хидроксида и пКа између 7.9 и 8.2. Таласна дужина где се појављује његова максимална апсорбанца (ʎ _мак ) је између 258 и 260 нм.

Биосинтеза

Постоји заједнички пут за биосинтезу нуклеотида пиримидина (урацил и цитокин). Први корак је биосинтеза карбамоил фосфата из ЦО ₂ и НХ ₄ ⁺ , која се катализује карбамоил фосфатним синтетазе.

Пиримидин је изграђен од карбоил фосфата и аспартата. Обе супстанце реагују и формирају Н-карбамоиласпартат, реакцију коју катализује аспартат транскабамоилаза (АТЦасе). Затварање пиримидинског прстена је изазвано дехидрацијом коју катализује дихидроотаза и ствара Л-дихидроротат.

Л-дихидроротат се оксидује и претвара у оротат; акцептор електрона је НАД ⁺ . То је реакција коју катализује дихидрооротат дехидрогеназа. Следећи корак се састоји од преноса фосфорибозил групе, из фосфорибозил пирофосфата (ПРПП), у оротацију. Он формира оротидилат (ОМП) и неоргански пирофосфат (ППи), катализован оротат фосфорибосил трансферазом.

Последњи корак се састоји од декарбоксилације пиримидинског прстена оротидилата (ОМП). Он формира уридилат (уридин-5'-монофосфат, УМП), који катализује декарбоксилаза.

Затим, уз учешће киназе, фосфатна група се преноси с АТП-а у УМП, формирајући УДП (уридин-5'-дифосфат). Последње се понавља, формирајући УТП (уридин-5'-трифосфат).

Регулација биосинтезе

Код бактерија регулација биосинтезе пиримидина долази негативним повратним информацијама, на нивоу аспартат транскабамоилазе (АТЦасе).

Овај ензим инхибира ЦТП (цитидин-5'-трифосфат), који је крајњи продукт биосинтетског пута пиримидина. АТЦасе поседује регулаторне подјединице које се везују за алостерни регулатор ЦТП.

Код животиња се регулација биосинтезе пиримидина одвија негативним повратним информацијама, на нивоу два ензима: 1) карбамоил фосфат синтаза ИИ, коју инхибира УТП и активира АТП и ПРПП; и 2) ОМП декарбоксилаза, која је инхибирана производом реакције коју катализује, УМП. Брзина биосинтезе ОМП варира у зависности од расположивости ПРПП-а.

Улога у биосинтези РНК

Урацил је присутан у свим врстама РНА, као што су месна РНА (мРНА), трансфер РНА (тРНА) и рибосомална РНА (рРНА). Биосинтеза ових молекула догађа се процесом који се назива транскрипција.

Током транскрипције, информације садржане у ДНК копирају се у РНА помоћу РНА полимеразе. Обрнути процес, у коме се информације садржане у РНА копирају у ДНК, одвија се код неких вируса и биљака путем реверзне транскриптазе.

За биосинтезу РНК потребан је нуклеозид трифосфат (НТП), и то: уридин трифосфат (УТП), цитидин трифосфат (ЦТП), аденин трифосфат (АТП) и гванин трифосфат (ГТП). Реакција је:

(РНА) _{н остатака} + НТП -> (РНА) _{н + 1} остатак + ППи

Хидролиза неорганског пирофосфата (ППи) даје енергију за биосинтезу РНК.

Улога у биосинтези шећера

Естери шећера су веома уобичајени у живим организмима. Неки од ових естера су нуклеозидни естер дифосфати, попут УДП-шећера, којих је у ћелијама врло много. УДП шећери учествују у биосинтези дисахарида, олигосахарида и полисахарида.

У биљкама се биосинтеза сахарозе одвија кроз два пута: примарни и секундарни.

Главни пут је преношење Д-глукозе из УДП-Д-глукозе у Д-фруктозу до формирања сахарозе и УДП-а. Секундарни пут укључује два корака: започиње УДП-Д-глукозом и фруктозом-6-фосфатом, а завршава стварањем сахарозе и фосфата.

У млечним жлездама долази до биосинтезе лактозе из УДП-Д-галактозе и глукозе.

У биљкама се биосинтеза целулозе врши континуираном кондензацијом остатака бета-Д-глукозила, од УДП-глукозе до крајњег краја растућег полиглукозног ланца. Слично томе, биосинтеза амилозе и амилопектина захтева УДП-глукозу као супстрат донора глукозе у растућем ланцу.

Код животиња се и УДП-глукоза и АДП-глукоза користе за биосинтезу гликогена. Слично томе, биосинтеза хондроитин сулфата захтева УДП-ксилозу, УДП-галактозу и УДП-глукуронат.

Улога у изомерној интерконверзији шећера

Конверзија галактозе у интермедијер гликолизе одвија се путем Лелоира. Један од корака на овом путу катализује ензим УДП-галактоза-4-епимераза, који олакшава међусобну конверзију УДП-галактозе у УДП-глукозу.

Улога у биосинтези гликопротеина

Током биосинтезе гликопротеина, протеини пролазе кроз цис, средњи и транс врећице Голгијевог апарата.

Сваки од ових врећа има скуп ензима који обрађују гликопротеине. Мономери шећера, попут глукозе и галактозе, додају се олигосахариду протеина из УДП-хексозе и других нуклеотида-хексозе.

Нуклеотиди хексозе се транспортују до цистерни Голги антипортом. УДП-галактоза (УДП-Гал) и УДП-Н-ацетилгалактозамин (УДП-ГалНАц) улазе у цистерне из цитосола замењујући за УМП.

У цистерни Голги фосфатаза хидролизује фосфатну групу на УДП и формира УМП и Пи. УДП долази од реакција које катализују галактозилтрансфераза и Н-ацетилгалактосамилтрансфераза. УМП формиран фосфатазом служи за размену нуклеотида и хексозе.

Улога у регулацији глутамин синтазе

Регулаторни механизам глутамин синтазе је ковалентна модификација, која се састоји од аденилације, која је инактивира, и деденилације, која је активира. Ова ковалентна модификација је реверзибилна и катализује се аденилтрансферазом.

Активност аденилтрансферазе се модулира везањем протеина ПИИ, који је регулисан ковалентном модификацијом, уридинилацијом.

Уридилилација и деуридилација се изводе помоћу уридилилтрансферазе. У овом ензиму активност уридилације је последица глутамина и фосфата, а активира се везивањем алфа-кетоглутарата и АТП-а на ПИИ.

Улога у уређивању РНА

Неке мРНА се уређују пре превођења. У неким еукариотским организмима, као што је Трипаносома бруцеи, постоји РНА уређивање транскрипта гена подјединице цитохром оксидазе ИИ. Ово се дешава убацивањем остатака урацила, реакцијом коју катализује терминална уридилтрансфераза.

РНА водича, комплементарна уређеном производу, делује као образац за поступак уређивања. Парови база формирани између почетног транскрипта и водича РНА укључују Г = У парове база који нису Ватсон-Црицк и уобичајени су у РНА.

Биосинтеза УДП-глукозе

У физиолошким условима, биосинтеза гликогена из глукозе-1-фосфата је термодинамички немогућа (ΔГ позитивна). Због тога пре биосинтезе долази до активирања глукозе-1-фосфата (Г1П). Ова реакција комбинује Г1П и УТП да би формирали уридин-дифосфатну глукозу (УДП-глукоза или УДПГ).

Реакцију катализује УДП-глукоза пирофосфорилаза, и следећа је:

Г1П + УТП -> УДП-глукоза + 2Пи.

Варијација Гиббсове енергије у овом кораку је велика и негативна (-33,5 КЈ / мол). Током реакције на кисеоник, Г1П напада алфа-фосфорни атом УТП и формира УДП-глукозу и неоргански пирофосфат (ППи). Затим ППи хидролизује анорганска пирофосфатаза, чија енергија хидролизе је оно што покреће општу реакцију.

УДП-глукоза је супстанца „високе енергије“. Омогућује формирање гликозидних веза између остатка глукозе и растућег ланца полисахарида. Тај исти енергетски принцип је применљив на реакције у којима учествују УДП-шећери, као што је биосинтеза дисахарида, олигосахарида и гликопротеина.

Урацил ДНК гликозилаза

Постоје ДНК лезије које се јављају спонтано. Једна од ових лезија је спонтана деаминација цитокина и њена последична конверзија у урацил. У овом случају, поправак се обавља уклањањем модификоване базе из ДНК ензимом названим урацил ДНК гликозилаза.

Ензим урацил ДНК гликозилаза уклања оштећени цитокин (урацил), стварајући деоксирибозни остатак коме недостаје азотна база, назван АП место (апурин-апимримидинско место).

Ензим АП ендонуклеаза затим пресече фосфодиестерску кичму места АП, уклањајући остатак шећер-фосфата. ДНА полимераза И обнавља оштећени низ.

Референце

1. Бохински, Р. 1991. Биохемија. Аддисон-Веслеи Ибероамерицана, Вилмингтон, Делаваре.
2. Девлин, ТМ 2000. Биохемија. Редакција Реверте, Барцелона.
3. Лодисх, Х., Берк, А., Зипурски, СЛ, Матсудариа, П., Балтиморе, Д., Дарнелл, Ј. 2003. Целлулар анд молецулар биологи. Уредништво Медица Панамерицана, Буенос Аирес, Богота, Каракас, Мадрид, Мексико, Сао Пауло.
4. Нелсон, ДЛ, Цок, ММ 2008. Лехнингер - Принципи биохемије. ВХ Фрееман, Нев Иорк.
5. Воет, Д. и Воет, Ј. 2004. Биохемија. Јохн Вилеи анд Сонс, САД.